数控加工中心进给系统设计

毕业设计

学院机械工程学院班级机制1071 姓名 XXX 学号 2xxxxxxxxx 成绩指导老师 XXXX

2012年 5 月20 日

数控加工中心进给系统的设计

摘要：机械设计是现代制造业中常遇到的问题，随着机械工业的不断发展，对机械加工设备的要求也越来越高，特别是对高精密度加工机械的要求更加凸显。数控加工中心是现代加工设备中主要设备之一。数控加工中心是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。工件经一次装夹后，数控系统能控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他的辅助功能，依次完成工件几个面上多工序的加工。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可以减少工件的装夹、测量和机床调整时间，减少了工件的周转、搬运和存放时间，使机床的切削率达到80﹪以上，比普通机床高3～4倍。尤其在加工形状比较复杂、精度要求较高、品种更换频繁的零件时，更具有良好的经济效果。而其高精度、高效率的是由其进给系统来保证的，所以加工中心进给系统的好坏直接影响着机械制造业的发展。

关键字：加工中心进给系统设计

目录

一、数控加工中心发展前景 (1)

二、VMC-15数控加工中心的特点 (3)

三、VMC-15数控加工中心的总体方案设计 (5)

四、进给传动系统的选择及其结构 (6)

4.1 滚珠丝杠副结构的选择 (6)

4.2滚珠丝杠副尺寸的选择 (6)

4.3滚珠丝杠副的选择步骤 (6)

4.4滚珠丝杠的计算及选择 (6)

4.4.1 滚珠丝杠的导程和确定 (6)

4.4.2确定丝杠的等效转速 (7)

4.4.3工作台质量及工作台承重 (7)

4.4.4 确定丝杠的等效负载 (7)

4.4.5 确定丝杠所受的最大动载荷 (8)

4.4.6 选择滚珠丝杠型号 (9)

4.4.7 轴承的选择及确定 (9)

4.5 校核 (12)

4.5.1 临界压缩负荷 (12)

4.5.2 临界转速 (13)

4.5.3 丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率 (14)

4.5.4 丝杠扭转刚度 (18)

4.6 伺服电机计算 (19)

4.7支承轴承所需启动转矩 (20)

4.8驱动滚珠丝杠副所需扭矩 (20)

4.9电机的额定扭矩 (20)

4.10 电机的选择 (20)

4.11 进给系统结构图 (20)

六、结论 (29)

七、致谢语 (30)

八、参考文献 (31)

一、数控加工中心发展前景

数控加工中心和数控机床一样，是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床。加工箱体类零件的加工中心是在镗床、铣床的基础上发展起来的，称为自动换刀数控镗铣床，习惯上称加工中心。

数控加工中心是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。工件经一次装夹后，数控系统能控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他的辅助功能，依次完成工件几个面上多工序的加工。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可以减少工件的装夹、测量和机床调整时间，减少了工件的周转、搬运和存放时间，使机床的切削率达到80﹪以上，比普通机床高3～4倍。尤其在加工形状比较复杂、精度要求较高、品种更换频繁的零件时，更具有良好的经济效果。

从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。

进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。

机械设计是现代制造业中常遇到的问题，随着机械工业的不断发展，对机械加工设备的要求也越来越高，特别是对高精密度加工机械的要求更加凸显。数控加工中心是现代加工设备中主要设备之一，加工中心(Computerized Numerical Control Machine )简称CNC，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机

床。加工中心又叫电脑锣。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。其中进给系统是VMC-15数控加工中心的关键部件。

二、VMC-15数控加工中心的特点

VMC-15数控加工中心具有如下特点：

1. 机床的刚度高、抗振性好。为了满足加工中心高自动化、高速度、高精度、高可靠性的要求，加工中心的静刚度、动刚度和机械结构系统的阻尼比都高于普通机床(机床在静态力作用下所表现的刚度称为机床的静刚度；机床在动态力作用下所表现的刚度称为机床的动刚度)。

2. 机床的传动系统结构简单，传递精度高，速度快。加工中心传动装置主要有三种，即滚珠丝杠副；静压蜗杆-蜗母条；预加载荷双齿轮-齿条。它们由伺服电机直接驱动，省去齿轮传动机构，传递精度高，速度快。一般速度可达15m／min，最高可达100m ／min；

3. 主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系统(特殊的也只保留1～2级齿轮传动)。主轴功率大，调速范围宽，并可无级调速。目前加工中心95％以上的主轴传动都采用交流主轴伺服系统，速度可从10～20000r／min无级变速。驱动主轴的伺服电机功率一般都很大，是普通机床的1～2倍，由于采用交流伺服主轴系统，主轴电动机功率虽大，但输出功率与实际消耗的功率保持同步，不存在大马拉小车那种浪费电力的情况，因此其工作效率最高，从节能角度看，加工中心又是节能型的设备；

4. 加工中心的导轨都采用了耐磨损材料和新结构，能长期的保持导轨的精度，在高速重切削下，保证运动部件不振动，低速进给时不爬行及运动中的高灵敏度。导轨采用钢导轨、淬火硬度≥HRC ，与导轨配合面用聚四氟乙烯贴层。这样处理的优点：a．摩擦系数小；b．耐磨性好；c.减振消声；d．工艺性好。所以加工中心的精度寿命比一般的机床高；

5. 设置有刀库和换刀机构。这是加工中心与数控铣床和数控镗床的主要区别，使加工中心的功能和自动化加工的能力更强了。加工中心的刀库容量少的有几把，多的达几百把。这些刀具通过换刀机构自动调用和更换，也可通过控制系统对刀具寿命进行管理；

6. 控制系统功能较全。它不但可对刀具的自动加工进行控制，还可对刀库进行控制和管理，实现刀具自动交换。有的加工中心具有多个工作台，工作台可自动交换，不但能对一个工件进行自动加工，而且可对一批工件进行自动加工。这种多工作台加工中